大断面梯形混凝土排水沟施工方法研究

王晓峰 周伟胜 张国祥

山东正元建设工程有限责任公司 山东 烟台 264000

1 概述

随着经济的快速发展，土地资源被大量的开发利用，土地供应也变的日趋紧张。尤其在一些山区丘陵地带，适于直接兴建土木的场地更是非常有限，经常需要人为的削高填低、开山修路，在获得宝贵土地资源的同时也行成了众多人工边坡。由于边坡开挖时改变了原有的地形地貌和排水路径，极易导致地表水集中汇流，引发洪灾，因此做好边坡截排水措施意义重大。边坡防洪设计时，在顶部或底部设置截排水沟是目前最行之有效的方法，尤其建在复杂山地里一些重要的大型工矿企业，因汇水面积较大常在边坡顶部和底部设置大断面的梯形沟渠，为保证其防渗性能，一般采用混凝土现浇结构。由于地形地貌条件复杂，坡顶有较大起伏，排水沟现场施工条件差，尤其是大断面现浇混凝土结构梯形排水沟，支模难度较大，效率低、成本高。

2 现有工艺优缺点分析

针对当前存在的实际问题，对国内、外技术发展现状进行了调研，目前混凝土排水沟的施工方法主要有三种：现浇[1]、预制[2]和一次成型滑模机[3]，这三种方法的显著不同在于施工模板形式存在差异。

2.1 现浇法

现浇法的优点是施工灵活方便，模板一次性可以支护很长的距离；受场地条件的约束较小，外观容易保证；接缝少，施工质量更有保障。但一般而言，尺寸越大，模板的膨胀力越大，施工难度越大，成本越高，施工效率也会大大降低。因此，从模板施工的便利性来讲现浇法更适于施工一些断面为矩形的中小型排水沟。

图1 现浇法施工

2.2 预制法

预制法的优点：可实现模块化生产，不同尺寸规格的定型模具均可定制，单个预制件的施工质量易于控制，现场安装速度快。不过其缺点也较为明显：需要较大的预制场地，接缝质量难以控制，运输过程易造成构件损坏，体积较大的构件安装麻烦、二次搬运难度大。总体而言，预制法更适用于对质量要求较高的单体构件或对防水要求不高的小型市政、水利排水设施。通常情况下预制法的施工速度比现浇法快，但成本较高。

图2 预制法施工

2.3 一次成型滑模机[4]

一次成型滑模机是目前较为先进和流行的排水沟施工方法，在农田水利及市政、公路工程领域被广泛利用，效果良好。该方法机械化程度高、工序简单、施工效率高，一次成型、外观光滑、浇筑质量好，施工顺利的情况下能够节约成本。其缺点为：施工设备需特殊定制，模具复用率低，易造成浪费；对施工人员的技术水平要求高，需进行专门培训指导；对地面平整度及沟槽开挖形状要求极为苛刻，适用于土质地层，不适用于岩石等坚硬地层；对混凝土塌落度有严格要求，过大会发生沟壁坍塌，过小会产生蜂窝麻面甚至出现缝隙空洞，影响施工质量。

图3 一次成型滑模机

2.4 当前存在问题

在大断面梯形现浇排水沟施工中存在以下问题：

（1）传统的现浇方法模板支设难度大，不好固定，极易涨模，所付出的人工及材料成本高，且模板的周转速度慢，施工效率低。

（2）若采用预制法，预制构件的二次运输及安装非常麻烦，接缝过多，处理质量难以保证，综合成本较高。

（3）一次成型滑模机专门定制的模具复用率低，易造成浪费，对施工场地、混凝土塌落度、人员素质要求高，在地形起伏和有岩石的地区不便或无法使用。

3 快周转定型模工艺

3.1 模板支撑体系模块化

模板支撑体系包含两大部分：两翼用于固定模板的矩形格架和用于支撑两翼矩形格架的梯形格架。

图4 模板支撑体系示意图

（1）矩形格架：拟采用高强度多孔角钢通过螺栓连接固定，间隔一定距离设置加强竖梁，模板用螺栓固定在矩形格架外侧。矩形格架高度根据排水沟断面确定，长度不易超过5m。

（2）梯形格架：拟采用钢管及扣件进行连接，垂直于矩形格架等间距布置，采用铰支座与矩形格架内侧的加强梁进行连接。

（3）可移动单元：梯形格架与矩形格架连接牢固后形成一个整体的可移动单元，每单元长度控制在5m以内，以便整体移动进行快速周转。

（4）构件模块化：格架的所有构件均通过分解后进行模块化设计，可通过螺栓自由调节、装配，实现不同尺寸的组合形式。

模板支撑体系的模块化设计主要优点：①同一套构件可满足不同断面尺寸水沟的施工要求，提高模板加固体系材料的重复利用率；②施工同一断面尺寸的水沟仅需要安装一次，无需频繁的往复拆装加固体系，比通常的木模板加固方式技术水平要求低，施工效率高，显著降低人工成本；③模板支撑体系的单元化设计是提升模板周转效率的核心前提。

3.2 模板快速周转的辅助措施

通过模板支撑体系的单元化设计，将模板的加固方式由外锚变为内撑，解决了排水沟施工单侧模加固困难的技术难题。为实现模板单元的快速周转，拟采用可移动模板托架结合微型液压千斤顶对其实施整体快速移动。

图5 手摇千斤顶及可行走模板托架

手摇式液压千斤顶外观细长，重量较轻，便于在狭小的空间进行操作，抬升高度不小于20cm，主要用于抬升模板单元。行走式模板托架由方向拖杆、承重轮座、可旋转托架构成，具有体积小、承载力高、转动灵活等特点。

图6 快周转定型模施工流程

快周转定型模施工主要工艺流程包括：沟槽开挖（人工配合清槽）→底板混凝土施工（同时下好定位筋）→下放定型模单元→将定型模单元体固定于预埋定位筋→混凝土浇筑→模板单元抬升移动。

沟槽开挖后应尽量将沟帮两侧浮土清理干净，以免混凝土浇筑过程中出现夹土现象。底板混凝土浇筑后应立即进行人工抹平，并在凝固前预埋定位筋，预埋深度应抵抗住混凝土对模板单元的浮托力。在底板混凝土凝固并达到一定强度后再下放模板并与定位筋固定连接，防止定位筋受力后拔出。混凝土浇筑过程中应两帮均匀浇筑，避免单侧一次性浇筑过多产生偏移。模板单元要在浇筑混凝土达到一定强度后再进行整体抬升移动，主要操作步骤为：首先将微型液压千斤顶置于定型模底部横杆下方将模板一端抬升，空间足够时，把可移动模板托架至于横杆下方，然后将千斤顶卸载，使定型模横杆置于托架凹槽内，另一端执行相同操作后即可将定型模板整体抬升一定高度，进行快速移动。若底板混凝土在模板单元移动前未达设计强度，应在模板托架底轮经过的区域铺设模板，以免产生压痕。当模板单元移动到相应位置后再次与预埋定位筋固定连接，执行前述操作直至施工完成。

4 结论

快周转定型模施工技术集现有排水沟施工方法的优点与一身，适应性强、操作简单、施工高效、节约成本。构件模块化设计，可重复利用，节能环保，有效解决了大断面梯形混凝土排水沟单侧模板固定困难、周转速率低的技术难题。